爱尔兰研发DNA分子计算机，为超低能耗算力与长效存储提供新路径

近日，爱尔兰梅努斯大学（Maynooth University）汉密尔顿研究所研究团队对外公布重大科研突破，成功研发出一款由热力学优势驱动运行的DNA分子计算机。该成果突破了传统DNA计算机的能耗与稳定性瓶颈，为低能耗分子计算领域开辟了全新路径。

该研究成果已于2026年9月16日正式刊发在国际顶级期刊《自然》（Nature）上，该论文英文标题为《A thermodynamically favoured molecular computer》，请参阅图二。这款全新系统被命名为支架DNA计算机（Scaffolded DNA Computer，简称SDC），是目前全球运算复杂度与运行效率顶尖的分子计算机之一。

研究团队表示，该项研究成果攻克了传统分子计算能耗高、稳定性差的痛点，为超长期数据存储、无源节能计算以及可在细胞内运行、适配疾病精准检测的新型分子系统研发，提供了全新的技术思路与实现方案。在实验测试中，团队成功运行了10套差异化分子运算程序，涵盖乘3、除2、8位奇偶校验、25位数累加等多种运算场景，顺利完成高精度100位复杂运算，验证了系统的多功能运算能力。

从DNA折纸技术革新，搭建可编程微观计算网格

这款新型DNA计算机的核心设计灵感，源自成熟的DNA折纸术。研究人员依托专属设计软件，搭建出一条超长主DNA链作为结构支架，同时合成数百条短小且参数定制化的计算订书钉链，构成完整的运算基础单元。

研发人员将各类DNA链置于含水分子与盐分的试管环境中，通过加热、自然冷却的简单处理方式，让DNA链自主组装形成结构规整、秩序度极高的微观可编程计算网格，其中超长主DNA链全程承担整体结构支撑作用，保障运算框架的稳定性。

传统硅基计算机依托晶体管高低电压切换，形成二进制0、1信号以完成信息处理，运行全程依赖电力驱动。与之不同，SDC计算机以DNA遗传碱基对（A、T、C、G）的结合与解离反应为核心运算逻辑，实现信息的编码、处理与输出。

该设备的运算程序可在加热启动前，直接固化写入DNA序列当中，仅需短暂热能触发分子化学反应，驱动DNA链完成有序重排。依托分子自发趋向最稳定能量结构的热力学特性，系统可自动完成预设算法运算，最终形成的DNA稳定结构，即为精准的运算结果。

论文共同第一作者阿比尔·埃什拉（Abeer Eshra）与特里斯坦·斯特林（Tristan Stérin）表示，这款系统具备极强运行可靠性，核心原因在于其遵循热力学下坡运行规律。系统的正确运算结果在能量结构体系中具备绝对优势，可自动规避、覆盖海量指数级的无效分子构型，从底层杜绝运算偏差。这也让该设备无需搭载额外纠错软件，也无需精密的动力学精准调控，大幅简化了运行条件、降低了运行成本。

十类运算程序实测：最快30秒完成，设备可重复复用

研究团队设计的10项测试程序，全面覆盖加减乘除基础运算与校验、大数累加等复杂运算场景，充分验证了设备的通用运算能力。测试数据显示，简单的“10加3”基础运算，仅需30秒即可快速完成；针对1100万至3400万量级的超大数值累加运算，耗时最长约14小时，可精准完成超长位数复杂计算。

同时实验证实，该DNA计算机系统运行稳定性强、可重复利用率高，能够连续执行25次不同类型的运算任务，性能无明显衰减，具备良好的实用适配潜力。

埃什拉坦言，该设备的运算速度暂无优势与主流硅基芯片抗衡，但在全球同类DNA分子计算机中，其综合运算效率已达到当前最优水平。本次研究团队阵容多元，除两位第一作者外，高级研究员康斯坦丁·埃文斯（Constantine Evans）、本科生研究员珍妮特·阿迪奥（Janet Adio）均参与核心研发工作，达米安·伍兹（Damien Woods）教授为论文通讯作者。

摒弃持续供电依赖，仅需微量热能启动，大幅降低算力能耗

相较于传统计算机，SDC分子计算机最核心的突破在于彻底摆脱了持续电力供应的依赖，全程依托自主可控的分子化学反应完成运算。需要明确的是，该设备并非完全零能量输入，仅需微量热能即可触发整体运算流程，启动后无需任何后续能源补给。

这一能耗模式彻底颠覆了硅基算力设备的运行逻辑，为解决当下数据中心高能耗难题提供了全新方向。据爱尔兰中央统计局（CSO）公开数据显示，2025年爱尔兰数据中心耗电量，已占到全国计量总用电量的23%，相较于2015年5%的占比实现大幅攀升，算力能耗压力持续加剧。而SDC代表的热力学偏好分子计算技术，为超低能耗算力建设、长效数据存储领域提供了颠覆性的发展思路。

技术现存局限与未来应用前景

研究团队同时客观指出，目前SDC仍处于实验室原型研发阶段，在运算规模、整体响应速度、外部适配接口等方面，尚未达到通用商用计算机的标准，暂无法替代传统硅基算力设备。

但该研究的核心价值在于完成了关键性技术验证：通过精准设计可编程介质的能量景观，可引导分子计算自发输出精准结果，从原理上证实了热力学驱动分子计算的可行性。后续团队将重点攻坚系统可扩展性优化、细胞内稳定运行适配、与现有数据存储平台的融合对接等核心难题，推动技术从实验室原型走向实际应用，落地于医疗检测、生物算力、长效数据存储等细分领域。

总结展望

这项研究首次验证了热力学驱动分子计算的可行性，为突破硅基算力能耗瓶颈提供了全新范式。尽管SDC尚处实验室阶段，但其零电力运行、高稳定性和可复用特性，已为未来生物计算、长效存储及细胞内诊疗开辟了极具想象力的应用空间。

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